無人機(jī)在西藏地區(qū)高原雪山人員搜救中的應(yīng)用探討

張建衛(wèi)

摘要：近年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，入藏旅游、轉(zhuǎn)山朝圣的人數(shù)增多，被困高原雪山的情況也在增長(zhǎng)。高原地區(qū)自然環(huán)境惡劣，容易造成嚴(yán)重的高原反應(yīng)，給人們的生命帶來威脅。在救援過程中，有可能遇到道路阻塞、通信中斷、保障不足等困難，使救援的風(fēng)險(xiǎn)和難度增大。無人機(jī)具有飛行速度快、高空視野廣、搭載功能多、風(fēng)險(xiǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，可以在雪山搜救被困人員的過程中發(fā)揮搜索、通信、安撫、運(yùn)輸?shù)茸饔?，增?qiáng)救援效率，減少風(fēng)險(xiǎn)。文章圍繞高原雪山人員搜救任務(wù)的特點(diǎn)規(guī)律及潛在困難研究分析，對(duì)應(yīng)用無人機(jī)開展這類搜救任務(wù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);高原雪山;人員被困;搜救

地理學(xué)把海拔高于1000m，地勢(shì)相對(duì)平坦或者有一定起伏的廣闊地區(qū)稱為高原;醫(yī)學(xué)上的高原是指海拔高于3000m的地區(qū)[1]，這個(gè)區(qū)域具有高寒、低壓、缺氧的特征，如果有人長(zhǎng)時(shí)間被困，很可能出現(xiàn)高原反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)危及生命。西藏自治區(qū)海拔高、雪山多、冬季長(zhǎng)，高山冰雪災(zāi)害導(dǎo)致人員被困的情況逐年增多，單純依靠人工救援有可能因惡劣的自然條件，在人員搜索、現(xiàn)場(chǎng)通信、后勤保障等方面受限，亟需一種新的技術(shù)手段提高救援效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

1? 任務(wù)特點(diǎn)及趨勢(shì)

高原雪山搜救是近年來任務(wù)中較為新型、增長(zhǎng)較快的一類任務(wù)，我們對(duì)此類任務(wù)的趨勢(shì)特點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

1.1? 任務(wù)量顯著增加

西藏地區(qū)平均海拔4000m以上，是典型的高原地區(qū)。與此同時(shí)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)發(fā)展，人民生活水平不斷提高，朝圣、轉(zhuǎn)山等宗教活動(dòng)和旅游、探親等群眾性活動(dòng)不斷增加，并且冬游西藏、冰川探險(xiǎn)、攀登雪峰等極限挑戰(zhàn)運(yùn)動(dòng)也逐年增多，被冰雪災(zāi)害威脅的可能性也不斷加大。2020年12月20日，網(wǎng)紅“西藏探險(xiǎn)王”在那曲市依噶冰川探險(xiǎn)過程中遇難;2022年2月9日，5名游客在阿里地區(qū)岡仁波齊山轉(zhuǎn)山遭遇暴風(fēng)雪，2人失去生命。

1.2? 任務(wù)時(shí)間覆蓋全年

由于氣象條件變化，特別是近兩年受拉尼娜現(xiàn)象影響，冬季暴雪降溫等極端天候概率明顯增加。此外，全區(qū)約2.8萬km2的面積常年被冰雪覆蓋，主要分布在林芝市、阿里地區(qū)和日喀則市。因此，全年都可能發(fā)生人員被困雪山的情況，重點(diǎn)時(shí)段在秋冬季，重要區(qū)域在藏東南和藏西、藏南高海拔地區(qū)。

1.3? 任務(wù)區(qū)域集中在道路沿線和人口居住區(qū)

西藏地區(qū)道路總里程約9萬km2，多數(shù)分布于高海拔區(qū)域，如青藏公路109線和新藏公路219線平均海拔4000m以上，川藏公路318線進(jìn)入西藏后平均海拔超過4500m。多數(shù)警情是由于車輛性能不足或者塌方雪崩阻塞交通，導(dǎo)致司乘人員被困。此外，藏區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)薄弱，一旦出現(xiàn)極端天氣，很可能造成牧區(qū)群眾被困、牲畜走失。

1.4? 任務(wù)目標(biāo)以弱勢(shì)群體為主

這類人員時(shí)間及經(jīng)濟(jì)上較為寬裕，自然流動(dòng)頻繁，但自救和抵御風(fēng)險(xiǎn)能力較弱，特別是區(qū)外人員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判和準(zhǔn)備不足，極易出現(xiàn)被困情況。

2? 高原雪山被困導(dǎo)致人員傷亡的原因

據(jù)統(tǒng)計(jì)，暴露在高原環(huán)境數(shù)小時(shí)，生理機(jī)能和心理參數(shù)會(huì)發(fā)生顯著下降，甚至誘發(fā)心腦血管、肺水腫等疾病，加之被困前準(zhǔn)備不足，以及惡劣的自然環(huán)境，人的生命很可能遭到威脅[2]。

2.1? 缺氧

大部分雪山人員被困發(fā)生在海拔4000m以上的區(qū)域，含氧量?jī)H為內(nèi)地的47%左右，冬季尤甚。長(zhǎng)時(shí)間處在缺氧環(huán)境中，容易誘發(fā)嚴(yán)重的高原反應(yīng)，特別是外地游客未能完全適應(yīng)高原環(huán)境，反應(yīng)更加強(qiáng)烈。研究表明，低氧環(huán)境可以對(duì)人的意識(shí)和認(rèn)知功能產(chǎn)生較大影響，造成視聽覺感知力、注意力、短時(shí)記憶力、思維判斷力下降等癥狀[3]。部分被困者在等待救援時(shí)，往往情緒激動(dòng)，甚至難以正確表述所處的位置和現(xiàn)狀，如果沒有及時(shí)補(bǔ)充氧氣，也可能出現(xiàn)生命危險(xiǎn)。

2.2? 失溫

失溫是指人體熱量流失大于熱量補(bǔ)給，從而造成核心區(qū)溫度降低，并產(chǎn)生一系列寒顫、迷茫、心肺功能衰竭等癥狀，至最終造成死亡的病癥[4]。一般來說，海拔每升高1000m，氣溫會(huì)下降6℃。高原雪山氣溫較平原地區(qū)顯著降低，而且晝夜溫差較大，一旦被困者短時(shí)間內(nèi)沒有得到有效救援，或采取有效保溫和能量補(bǔ)給措施不及時(shí)，很可能造成重度失溫，威脅被困人員生命安全。

2.3? 壓埋及摔傷

由于高原地形復(fù)雜，多數(shù)人員被困現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，塌方、泥石流、雪崩等災(zāi)害隨時(shí)可能出現(xiàn)?！?·3”察隅益秀拉山救援途中，遇到2次塌方、1次雪崩，甚至最近的雪崩區(qū)域距離被困人員不到100m。被困人員缺少情況判斷能力和保護(hù)措施，稍有不慎就可能發(fā)生壓埋、墜落等危險(xiǎn)。

2.4? 迷失

部分被困人員在等待救援過程中由于經(jīng)驗(yàn)不足，加之避險(xiǎn)指導(dǎo)不夠及時(shí)，有的情緒緊張、驚慌失措，可能會(huì)試圖自行逃生，很容易在野外迷失方向，給救援增加難度。一旦補(bǔ)給中斷或者保暖措施不到位，甚至造成傷亡。

3? 救援行動(dòng)面臨的困難

高原雪山出現(xiàn)人員被困時(shí)，往往伴隨著復(fù)雜的地形和惡劣的環(huán)境，給現(xiàn)場(chǎng)救援造成很大的難度。綜合考慮救援全程，需要重點(diǎn)考慮以下問題：

3.1? 力量投入難

西藏地區(qū)地廣人稀，現(xiàn)有救援力量難以形成有效覆蓋，加之各類設(shè)施建設(shè)基礎(chǔ)薄弱，機(jī)動(dòng)和救援時(shí)間通常比較長(zhǎng)，途中也可能由于道路和設(shè)施損毀，需要等待疏通，很難第一時(shí)間到位和集中力量投入。

3.2? 救援難度大

人員在野外遇險(xiǎn)后，通信很可能中斷，通話時(shí)斷時(shí)續(xù)，對(duì)被困位置以及現(xiàn)場(chǎng)情況很難全面掌握，現(xiàn)場(chǎng)也可能發(fā)生意想不到的變化。并且，被困人員心態(tài)隨著時(shí)間推移和通信、給養(yǎng)、油料消耗殆盡，等待救援的信心和耐心也會(huì)逐漸減弱，出現(xiàn)放棄等待、盲目逃生等情況。

3.3? 責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)高

搜救隊(duì)伍在途中時(shí)刻面臨天氣、地形等帶來的風(fēng)險(xiǎn)，隨時(shí)可能因?yàn)閻毫迎h(huán)境導(dǎo)致自身陷入險(xiǎn)地，出現(xiàn)進(jìn)退兩難的窘境;搜救隊(duì)伍到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，還可能遇到被困人員疾病、走失等問題，一旦處置不當(dāng)，容易引發(fā)嚴(yán)重后果。

4? 應(yīng)用無人機(jī)開展高原雪山搜救任務(wù)的探討

無人機(jī)是指不搭載操作人員，采用空氣動(dòng)力為飛行器提供升力，能夠自動(dòng)飛行或遠(yuǎn)程引導(dǎo)，可一次性或多次重復(fù)使用，攜帶各類有效載荷的動(dòng)力空中飛行器[5]。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用無人機(jī)參與搜索救援、防災(zāi)減災(zāi)等活動(dòng)起步早、智能化程度高，如2006年美國(guó)卡特琳娜颶風(fēng)搜救，以及2011年日本福島核電站因地震引發(fā)的海嘯導(dǎo)致核泄漏事故后，對(duì)核輻射范圍調(diào)查和后續(xù)搜救等救援行動(dòng)中，各類無人機(jī)都發(fā)揮了顯著作用[6]。隨著無人機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，其適應(yīng)性和實(shí)用功能越來越貼近實(shí)戰(zhàn)要求，將無人機(jī)技術(shù)與高原雪山搜救相結(jié)合，能夠有效提高任務(wù)的效率和安全性，是一個(gè)非常有價(jià)值的研究方向。

4.1? 優(yōu)勢(shì)作用分析

通過總結(jié)以上案例，結(jié)合高原雪山搜救任務(wù)的特點(diǎn)，無人機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：一是飛行速度快。無人機(jī)可以在空中直線飛行，捷徑到達(dá)指定位置。在高原雪山搜救中，由于地形復(fù)雜，溫差較大，加之可能遇險(xiǎn)受阻，救援人員難以快速抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，無人機(jī)可以迅速展開作業(yè)。在組織林芝察隅“10·27”森林滅火過程中，火場(chǎng)往返路程遠(yuǎn)、耗時(shí)長(zhǎng)，給養(yǎng)物資難以運(yùn)送，組織無人機(jī)投送給養(yǎng)和裝備，保障一線人員第一時(shí)間吃到熱飯。二是高空視野廣。無人機(jī)是一種航空器，在空中俯瞰的觀察范圍大、視野廣，可以實(shí)現(xiàn)更好的覆蓋作用。2020年3月福建某酒樓夜間發(fā)生坍塌事故，救援現(xiàn)場(chǎng)利用無人機(jī)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)航時(shí)高空照明，保證了夜間救援行動(dòng)的正常開展;新冠肺炎疫情暴發(fā)初期，無人機(jī)也為武漢“火神山”“雷神山”醫(yī)院的晝夜施工提供了照明保障;2022年3月22日，東航MU5735航班墜機(jī)救援中，無人機(jī)攜帶應(yīng)急通信高空基站為現(xiàn)場(chǎng)5km范圍提供通信覆蓋[7]。三是輔助功能多。無人機(jī)可以搭載集成搜索、投擲、攝像等多種功能單元，輔助救援人員實(shí)施搜索救援行動(dòng)，解決單純依靠人力無法作業(yè)的難題[8]。2020年7月14日，江蘇省常州市警方接到報(bào)警，請(qǐng)求幫助尋找因家庭糾紛負(fù)氣出走并可能自殺的一名女子，警方通過路面監(jiān)控確認(rèn)，該名女子獨(dú)自一人走入了空曠的蘆葦蕩，隨后迅速開展搜索，在持續(xù)4個(gè)小時(shí)仍無進(jìn)展情況下，119指揮中心通過無人機(jī)搭載紅外熱成像儀，僅5min左右即發(fā)現(xiàn)了躺在蘆葦蕩中央的目標(biāo)女子，并指引警方將其成功救出。四是風(fēng)險(xiǎn)成本低。無人機(jī)可以前往救援人員難以到達(dá)或者無法快速到達(dá)的，如懸崖、溝谷等區(qū)域，代替人工開展作業(yè)，減少惡劣環(huán)境條件給救援作業(yè)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。2008年汶川地震救援中，災(zāi)區(qū)內(nèi)所有通信線路被破壞，航測(cè)飛機(jī)受惡劣天氣及環(huán)境因素影響無法飛行，國(guó)家相關(guān)部門派出專業(yè)人員，利用無人機(jī)的遙感航拍技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)圖像回傳指揮中心，將災(zāi)情信息傳遞出來。

4.2? 應(yīng)用性研究

根據(jù)無人機(jī)的上述功能和優(yōu)勢(shì)，我們?cè)O(shè)想無人機(jī)在雪山搜救任務(wù)中可以發(fā)揮以下作用：一是人員搜索。無人機(jī)可以對(duì)地面區(qū)域進(jìn)行覆蓋式搜索，還可以搭載遠(yuǎn)焦紅外熱成像設(shè)備，精準(zhǔn)尋找人體目標(biāo)[9]。同時(shí)，也可以搭載信號(hào)源搜索設(shè)備，對(duì)擬定區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)信號(hào)端進(jìn)行大范圍搜索，通過與移動(dòng)、聯(lián)通、電信公司信息共享，能夠查明信號(hào)終端設(shè)備的歸屬，達(dá)到確定被困人員身份和位置的目的。二是通信中繼。一方面，可以利用無人機(jī)為現(xiàn)場(chǎng)提供自組網(wǎng)平臺(tái)，減少山體遮蔽對(duì)任務(wù)通信的影響;另一方面，可以對(duì)接移動(dòng)、聯(lián)通、電信公司，為被困者提供公網(wǎng)信號(hào)覆蓋，方便了解和溝通現(xiàn)場(chǎng)情況。三是喊話安撫。在救援人員暫時(shí)無法到達(dá)的區(qū)域，可以利用無人機(jī)向被困人員喊話安撫情緒，進(jìn)行避險(xiǎn)指導(dǎo)。在搜索過程中，也可利用擴(kuò)音系統(tǒng)呼喚失聯(lián)人員，增加搜索成功概率，盡快發(fā)現(xiàn)被困人員所在位置。四是勘察攝像。無人機(jī)搭載3S技術(shù)設(shè)備，能夠快速勘察現(xiàn)場(chǎng)情況，掃描成圖或視頻回傳，供指揮研判參考。此外，全方位拍攝救援行動(dòng)過程，記錄被困人員情況，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取證，為事后移交提供依據(jù)。五是運(yùn)輸物資。在確定被困人員位置，但救援人員無法第一時(shí)間到達(dá)時(shí)，可以利用無人機(jī)運(yùn)輸必要的防護(hù)用品和食品、水、藥品等，增加被困人員的生存概率，為救援贏得更多時(shí)間;也可在搜救過程中，給救援人員補(bǔ)充給養(yǎng)、運(yùn)送裝備，保證救援連續(xù)進(jìn)行。

4.3? 機(jī)型選擇思考

從起降類型上來說，除大型無人機(jī)外，目前市場(chǎng)上的無人機(jī)主要有4類：一是多旋翼無人機(jī)。平均最大飛行高度6000m，巡航速度約40km/h。優(yōu)點(diǎn)在于可以原地起降，在空中懸停，便于開展救援作業(yè);缺點(diǎn)在于續(xù)航時(shí)間短，很難超過30min，抗風(fēng)性較弱[10]。二是固定翼無人機(jī)。平均最大飛行高度超過6000m，巡航速度超過80km/h。優(yōu)點(diǎn)在于續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，可以達(dá)到2h以上，并且飛行速度快，覆蓋范圍廣，抗風(fēng)性較強(qiáng);缺點(diǎn)在于需要跑道或者專業(yè)起降設(shè)備，且由于飛行速度快、相對(duì)高度大，鎖定搜索目標(biāo)的精度不高，也無法懸停作業(yè)。三是垂直起降固定翼無人機(jī)。此類無人機(jī)兼具多旋翼和固定翼無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，通過旋翼起降，在空中以固定翼模式飛行，但通常載重較少，難以承擔(dān)物資運(yùn)輸任務(wù)[11]。四是系留式無人機(jī)。通過有線連接為無人機(jī)提供動(dòng)力和通信，優(yōu)點(diǎn)在于可以長(zhǎng)時(shí)間置空，主要用于現(xiàn)場(chǎng)照明和長(zhǎng)時(shí)通信保障;缺點(diǎn)在于升限高度有限，在高原雪山環(huán)境中難以覆蓋有限，且配件較多，攜帶和展開困難。因此，在機(jī)型選擇上，建議搜索組使用垂直起降固定翼無人機(jī)，主要開展搜索、偵察作業(yè);救援和后勤醫(yī)療組使用多旋翼無人機(jī)，用于裝備物資投送;同時(shí)，隨時(shí)關(guān)注無人機(jī)技術(shù)發(fā)展，綜合發(fā)揮不同類型無人機(jī)的作用。

4.4? 性能及配置預(yù)研

無人機(jī)是一種平臺(tái)，用于高原雪山搜救任務(wù)時(shí)，需要從各個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其滿足任務(wù)需求。一是外觀體積。由于高原雪山搜救任務(wù)的特殊性，無人機(jī)體積不宜過大，插件不宜過多，滿足便于裝載攜帶和作業(yè)展開的條件，具體為：作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間≤15min，動(dòng)力源更換時(shí)間≤2min;載重型無人機(jī)需要集成車輛時(shí)，以小型越野車輛為主。二是性能參數(shù)。救援型無人機(jī)與滅火型無人機(jī)相比，可以適當(dāng)減輕載重，但需盡量增加續(xù)航時(shí)間和抗風(fēng)性和飛行高度，以及更加強(qiáng)大的通信鏈路，能夠滿足視頻、音頻和指揮控制需要。建議多旋翼無人機(jī)載重≥15kg，續(xù)航時(shí)間≥30min，在5級(jí)風(fēng)條件下正常作業(yè)，在6～7級(jí)風(fēng)條件下安全返航;垂直起降固定翼無人機(jī)載重≥3kg，續(xù)航時(shí)間≥2h，在6～7級(jí)風(fēng)條件下正常作業(yè);系留式無人機(jī)升限≥100m，置空時(shí)間≥12h;各類型無人機(jī)控制和圖傳鏈路可靠傳輸距離≥10km，且能夠360°全向信號(hào)覆蓋，具備樹木和山體遮擋下的通聯(lián)能力。三是搭載平臺(tái)。具有快速接口或便捷展開方式，能夠靈活轉(zhuǎn)換運(yùn)輸、喊話、攝像、照明等功能平臺(tái)，與控制系統(tǒng)瞬時(shí)通信，準(zhǔn)確成像。

4.5? 無人機(jī)分隊(duì)建設(shè)的設(shè)想

應(yīng)用無人機(jī)開展雪山搜救，是一項(xiàng)技術(shù)性較強(qiáng)的工作。但目前內(nèi)、外部條件和技術(shù)平臺(tái)仍需改進(jìn)更新。從構(gòu)成上來說，應(yīng)以隊(duì)伍人員為主，建立常態(tài)化專業(yè)任務(wù)分隊(duì)，與應(yīng)急、空管、軍警、醫(yī)療建立聯(lián)合聯(lián)動(dòng)機(jī)制，理順部門關(guān)系，厘清權(quán)責(zé)界限，縮短上傳下達(dá)鏈路，把寶貴的時(shí)間節(jié)約出來用于搜索救援。從硬件上來說，需要加強(qiáng)車輛、搭載平臺(tái)等裝備配備，推進(jìn)指揮中心、便攜式地面站、通信中繼站以及指揮操控系統(tǒng)等配套設(shè)施建設(shè)，組織無人機(jī)操作手、指揮員、維修定檢與加改裝技師等人員培訓(xùn)培養(yǎng)和多部門、多要素結(jié)合的實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練演練。從技術(shù)發(fā)展上來說，隨時(shí)關(guān)注無人機(jī)技術(shù)進(jìn)展，加強(qiáng)與地方科研院所、大專院校、專業(yè)企業(yè)合作，針對(duì)高原搜救任務(wù)需要，研究設(shè)計(jì)專業(yè)無人機(jī)，從而使救援的效率更加高效精準(zhǔn)。

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Discussion on the application of UAV in the search and rescue of people in Tibet plateau snow-capped mountains

Zhang Jianwei

（Tibet Autonomous Region Forest Fire Brigade，Tibet? Lhasa? 850011）

Abstract：In recent years， with the development of the economy， the number of people who travel to Tibet and make pilgrimages to the mountains has increased， and the situation of being trapped in the plateau snow-capped mountains is also increasing. The harsh natural environment in plateau areas can easily cause severe altitude sickness and threaten people's lives. During the rescue process， it is possible to encounter difficulties such as road blockage， communication interruption， and insufficient security， which increases the risk and difficulty for rescuers. Unmanned aerial vehicle （UAV） has the advantages of fast flight speed， wide high-altitude vision， multiple carrying functions， and low risk costs. They can play the roles of search， communication， comfort， and transportation in the process of searching and rescuing trapped people in snow-capped mountains， enhancing rescue efficiency and reducing risks. The paper focuses on the research and analysis of the characteristics， laws and potential difficulties of personnel search and rescue tasks in the plateau snow-capped mountains， and discusses the application of UAV to carry out such search and rescue tasks.

Keywords：UAV; plateau snow-capped mountains; people trapped; search and rescue